java线程池源码阅读

说明

简单理解和使用可以参考:https://www.cnblogs.com/LQBlog/p/8735356.html

类图

接口

Executor接口

public interface Executor {
    /**
     * 代表提交了一个任务
     * @param command
     */
    void execute(Runnable command);
}

简单的实现

1.希望同步执行任务的实现

public class SimpleExecutor implements Executor {
    @Override
    public void execute(Runnable command) {
        command.run();;
    }
}

2.基于线程运行任务的实现

public class ThreadExecutor implements Executor{
    @Override
    public void execute(Runnable command) {
        new Thread(command).start();
    }
}

ExecutorService接口

Executor太简单了,只能提交任务,往往我们需要关注线程池状态,执行了多少个任务,完成多少个任务,线程池塘线程数量等，Excutor不能满足,所以需要看ExecutorService接口基于Executor的扩展public interface 

class ExecutorService extends Executor {
    /**
     * 关闭线程池，已提交的任务继续执行，不接受继续提交新任务
     */
    void shutdown();

    /**
     * 关闭线程池，尝试停止正在执行的所有任务，不接受继续提交新任务
     * 它和前面的方法相比，加了一个单词“now”，区别在于它会去停止当前正在进行的任务
     *
     * @return
     */
    List<Runnable> shutdownNow();

    /**
     * 判断线程池是否已关闭
     * @return
     */
    boolean isShutdown();

    /**
     * 如果调用了 shutdown() 或 shutdownNow() 方法后，所有任务结束了，那么返回true
     * 这个方法必须在调用shutdown或shutdownNow方法之后调用才会返回true
     */
    boolean isTerminated();


    /**
     * 等待所有任务完成，并设置超时时间
     * 我们这么理解，实际应用中是，先调用 shutdown 或 shutdownNow，
     * 然后再调这个方法等待所有的线程真正地完成，返回值意味着有没有超时 InterruptedException if interrupted while waiting
     */
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException;

    /**
     * 提交一个 Callable 任务 内部会包装成Future
     */
    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);

    /**
     * 提交一个 Runnable 任务，第二个参数将会放到 Future 中，作为返回值，
     * 因为 Runnable 的 run 方法本身并不返回任何东西 内部会用Future包装
     */
    <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);

    /**
     * 提交一个 Runnable 任务
     */
    Future<?> submit(Runnable task);

    /**
     * 执行所有任务，返回 Future 类型的一个 list*/
    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException;

    /**
     * 也是执行所有任务，但是这里设置了超时时间*/
    <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                  long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException;

    /**
     * 只有其中的一个任务结束了，就可以返回，返回执行完的那个任务的结果*/
    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException, ExecutionException;

    /**
     * 同上一个方法，只有其中的一个任务结束了，就可以返回，返回执行完的那个任务的结果，
     * 不过这个带超时，超过指定的时间，抛出 TimeoutException 异常*/
    <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                    long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

AbstractExecutorService

是一个抽象类,对ExecutorService的相关方法进行了实现

public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {
    /**
     * 包装成futureTask
     */
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
        return new FutureTask<T>(runnable, value);
    }

    /**
     *  包装成futureTask
     */
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
        return new FutureTask<T>(callable);
    }

    /**
     *  包装成futureTask
     */
    public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
        //具体执行任务交给子类执行
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

    /**
     *  包装成futureTask
     */
    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
        //具体执行任务交给子类执行
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

    /**
     *  包装成futureTask
     */
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

    /**
     *
     */
    private <T> T doInvokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                              boolean timed, long nanos)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        if (tasks == null)
            throw new NullPointerException();
        int ntasks = tasks.size();
        if (ntasks == 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        //初始化task list容器
        ArrayList<Future<T>> futures = new ArrayList<Future<T>>(ntasks);
        //交给ExecutorCompletionService  只负责调度,最终内部执行任务还是调用的 this的execute
        ExecutorCompletionService<T> ecs =
                new ExecutorCompletionService<T>(this);
        try {
            ExecutionException ee = null;
            //是不是带有超时时间的
            final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
            Iterator<? extends Callable<T>> it = tasks.iterator();

            //预执行第一个任务 ecs.submit内部也是调用 当前对象的execute
            futures.add(ecs.submit(it.next()));
            //task数量-1
            --ntasks;
            //提交的任务数
            int active = 1;

            //遍历
            for (;;) {
                //获取执行结果内部是调用ecs completionQueue如果返回会将结果放入此queue
                Future<T> f = ecs.poll();
                //如果上一个任务没有执行完毕,针对第一次则是与预执行那个任务,则继续提交任务
                if (f == null) {
                    //表示还有任务 继续提交任务
                    if (ntasks > 0) {
                        --ntasks;
                        futures.add(ecs.submit(it.next()));
                        ++active;
                    }
                    else if (active == 0)//当为0 表示下面 f!=null 每次都异常 任务没有了 结束
                        break;
                    else if (timed) {//当任务提交完毕,则最后调用poll尝试等待指定时机
                        f = ecs.poll(nanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
                        if (f == null)//等待指定四航局 还未获取到结果则抛出超时异常
                            throw new TimeoutException();
                        nanos = deadline - System.nanoTime();
                    }
                    else//非超时执行task
                        f = ecs.take();
                }
                //表示获取到结果
                if (f != null) {
                    --active;//-1
                    try {
                        return f.get();//如果是异常结果 则继续循环检查下一个任务
                    } catch (ExecutionException eex) {
                        ee = eex;
                    } catch (RuntimeException rex) {
                        ee = new ExecutionException(rex);
                    }
                }
            }

            //走到这里则是所有任务异常情况未能正常返回抛出异常
            if (ee == null)
                ee = new ExecutionException();
            throw ee;

        } finally {
            // 方法退出之前，取消其他的任务
            for (int i = 0, size = futures.size(); i < size; i++)
                futures.get(i).cancel(true);
        }
    }

    public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException, ExecutionException {
        try {
            //调用doInvokeAny
            return doInvokeAny(tasks, false, 0);
        } catch (TimeoutException cannotHappen) {
            assert false;
            return null;
        }
    }

    public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                           long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        //调用doInvokeAny
        return doInvokeAny(tasks, true, unit.toNanos(timeout));
    }

    public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
            throws InterruptedException {
        if (tasks == null)
            throw new NullPointerException();
        ArrayList<Future<T>> futures = new ArrayList<Future<T>>(tasks.size());
        boolean done = false;
        try {
            for (Callable<T> t : tasks) {
                //包装成future
                RunnableFuture<T> f = newTaskFor(t);
                //加入futures
                futures.add(f);
                //执行任务并调用子类的execute方法
                execute(f);
            }
            //遍历检查所有任务结果
            for (int i = 0, size = futures.size(); i < size; i++) {
                Future<T> f = futures.get(i);
                if (!f.isDone()) {
                    try {
                        // 这是一个阻塞方法，直到获取到值，或抛出了异常
                        // 这里有个小细节，其实 get 方法签名上是会抛出 InterruptedException 的
                        // 可是这里没有进行处理，而是抛给外层去了。此异常发生于还没执行完的任务被取消了
                        f.get();
                    } catch (CancellationException ignore) {
                    } catch (ExecutionException ignore) {
                    }
                }
            }
            //表示都检查完毕
            done = true;
            //返回结果
            return futures;
        } finally {
            //上面执行任务检查并没有cache所有异常,以及execute提交任务拒绝策略也会抛出异常,、针对这种情况取消其他任务
            if (!done)
                for (int i = 0, size = futures.size(); i < size; i++)
                    futures.get(i).cancel(true);
        }
    }

    public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
                                         long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        if (tasks == null)
            throw new NullPointerException();
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        ArrayList<Future<T>> futures = new ArrayList<Future<T>>(tasks.size());
        boolean done = false;
        try {
            for (Callable<T> t : tasks)
                futures.add(newTaskFor(t));

            //计算超时时间
            final long deadline = System.nanoTime() + nanos;
            final int size = futures.size();

            // Interleave time checks and calls to execute in case
            // executor doesn't have any/much parallelism.
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                execute((Runnable)futures.get(i));
                //提交任务也要更新超时时间
                nanos = deadline - System.nanoTime();
                if (nanos <= 0L)
                    return futures;
            }

            for (int i = 0; i < size; i++) {
                Future<T> f = futures.get(i);
                if (!f.isDone()) {
                    //超时时间为0 返回所有任务
                    if (nanos <= 0L)
                        return futures;
                    try {
                        //尝试等待,
                        f.get(nanos, TimeUnit.NANOSECONDS);
                    } catch (CancellationException ignore) {
                    } catch (ExecutionException ignore) {
                    } catch (TimeoutException toe) {
                        return futures;
                    }
                    //每次重新计算超时时间
                    nanos = deadline - System.nanoTime();
                }
            }
            //全部执行完毕
            done = true;
            return futures;
        } finally {
            //针对异常取消提交任务
            if (!done)
                for (int i = 0, size = futures.size(); i < size; i++)
                    futures.get(i).cancel(true);
        }
    }

}

ExecutorCompletionService实现

public class ExecutorCompletionService<V> implements CompletionService<V> {
    //真正执行任务的地方 我们的线程池对象
    private final Executor executor;
    //线程池对象
    private final AbstractExecutorService aes;
    private final BlockingQueue<Future<V>> completionQueue;

    /**
     * 内部类实现了futureTask
     * 对RunnableFuture进行了增强
     */
    private class QueueingFuture extends FutureTask<Void> {
        QueueingFuture(RunnableFuture<V> task) {
            super(task, null);
            this.task = task;
        }

        /**
         * 增强方法
         */
        protected void done() {
            //任务执行完毕则将task加入completionQueue
            completionQueue.add(task);
        }
        private final Future<V> task;
    }

    private RunnableFuture<V> newTaskFor(Callable<V> task) {
        if (aes == null)
            return new FutureTask<V>(task);
        else
            //调用的我们线程池的newTaskFor方法包装任务
            return aes.newTaskFor(task);
    }

    private RunnableFuture<V> newTaskFor(Runnable task, V result) {
        if (aes == null)
            return new FutureTask<V>(task, result);
        else
            //调用的我们线程池的newTaskFor方法包装任务
            return aes.newTaskFor(task, result);
    }
    //构造方法
    public ExecutorCompletionService(Executor executor) {
        if (executor == null)
            throw new NullPointerException();
        this.executor = executor;
        this.aes = (executor instanceof AbstractExecutorService) ?
                (AbstractExecutorService) executor : null;
        this.completionQueue = new LinkedBlockingQueue<Future<V>>();
    }

    //构造方法 可以可以自己设置completionQueue
    public ExecutorCompletionService(Executor executor,
                                     BlockingQueue<Future<V>> completionQueue) {
        if (executor == null || completionQueue == null)
            throw new NullPointerException();
        this.executor = executor;
        this.aes = (executor instanceof AbstractExecutorService) ?
                (AbstractExecutorService) executor : null;
        this.completionQueue = completionQueue;
    }

    public Future<V> submit(Callable<V> task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<V> f = newTaskFor(task);
        //最终还是委托给真正的线程池
        executor.execute(new java.util.concurrent.ExecutorCompletionService.QueueingFuture(f));
        return f;
    }

    public Future<V> submit(Runnable task, V result) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<V> f = newTaskFor(task, result);
        //最终还是委托给真正的线程池
        executor.execute(new java.util.concurrent.ExecutorCompletionService.QueueingFuture(f));
        return f;
    }

    public Future<V> take() throws InterruptedException {
        //返回任务结果
        return completionQueue.take();
    }

    public Future<V> poll() {
        //返回任务结果
        return completionQueue.poll();
    }

    public Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        //返回任务结果
        return completionQueue.poll(timeout, unit);
    }

}